Tesis:
Sistema de comunicaciones V2X para vehículos inteligentes como soporte para sistemas cooperativos
- Autor: ANAYA CATALÁN, José Javier
- Título: Sistema de comunicaciones V2X para vehículos inteligentes como soporte para sistemas cooperativos
- Fecha: 2016
- Materia: Sin materia definida
- Escuela: E.T.S DE INGENIEROS INFORMÁTICOS
- Departamentos: INTELIGENCIA ARTIFICIAL
- Acceso electrónico: http://oa.upm.es/44534/
- Director/a 1º: EUGENIO NARANJO, José
- Resumen: En el desarrollo socioeconómico de la Unión Europea se contemplan los sistemas inteligentes de transporte cooperativos (C-ITS) como un medio para reducir la siniestralidad, mejorar la calidad medioambiental (ahorro de energía y reducción de la contaminación), aumento de la eficiencia del transporte, de la capacidad de la infraestructura existente y de la productividad de las empresas, especialmente las de transporte. Estos C-ITS están englobados en el plan 2020 de la Unión Europea sobre las Smart Cities. Un paso previo a conseguir las aplicaciones cooperativas es la puesta en servicio de VANETs (Vehicular Area NETworks) y para ello son necesarias las comunicaciones intervehiculares (V2V) y con la infraestructura (V2I), denominadas genéricamente como V2X. Sin embargo, en la actualidad no existe disponible comercialmente ningún tipo de tecnología ni hardware ni software para dar soporte a estas comunicaciones en el entorno vehicular, quedando los equipos disponibles al uso restringido de los fabricantes de automóviles o empresas de electrónica, por lo que la implantación de esta tecnología queda muy lejos de un usomasivo orientándose sobre todo hacia el ámbito de la investigación, en proyectos de desarrollo de sistemas cooperativos e, incluso, de vehículos autónomos. Por tanto, en esta tesis doctoral se ha planteado el desarrollo de un hardware de comunicaciones y su software de control. Este debe ser capaz de dar servicios a comunicaciones V2X, siguiendo los estándares Europeos e internacionales en el ámbito y todos los elementos que caracterizan esta tecnología. Asimismo, el correcto funcionamiento de esta tecnología de comunicaciones ha sido validado mediante la implementación y puesta en servicio de cuatro sistemas cooperativos que involucran a los tres elementos fundamentales de la carretera: el vehículo, la vía y los usuarios. Para ello se ha colaborado con el grupo de investigación Sistemas Inteligentes para la Movilidad y Comunicación Accesible (SIMCA) perteneciente al Departamento de Inteligencia Artificial de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Informáticos y con el Instituto Universitario de investigación del Automóvil (INSIA) ambos de la Universidad Politécnica de Madrid. Durante el desarrollo de esta tesis se ha utilizado la tecnología disponible más puntera en ese momento. En concreto se han utilizado dos tecnologías totalmente diferentes de comunicación, WSAN (Redes inalámbricas de sensores y actuadores) y DSRC (Comunicaciones dedicadas de corto alcance), las cuales tienen diferentes estándares de comunicación. Inicialmente y gracias a la tecnología WSAN se desarrolló un novedoso algoritmo de enrutamiento basado en geoposicionamiento creando una VANET de recolección de datos. Una vez demostrada la capacidad de crear una VANET lo suficientemente robusta y fiable se desarrolló un sistema cooperativo para prevenir accidentes con peatones. Posteriormente con la liberación de la normativa europea de comunicaciones intervehiculares, a través del Instituto Europeo de Estandarización de las Telecomunicaciones (ETSI), se pudo avanzar hacia la tecnología DSRC. Para ello se ha desarrollado un módulo de comunicaciones ITS de diseño propio, denominado ITS DSRC-UPM-INSIA. Los estándares de comunicación intervehicular han sido analizados y se ha desarrollado un software que cumple las especificaciones para poder realizar una geocomunicación. Durante la implementación de éstas se han detectado diferentes problemas y errores los cuales se han ido solucionando. Finalmente gracias a los módulos DSRC-UPM-INSIA se han desarrollado aplicaciones cooperativas de asistencia al conductor ADAS (Advanced Driver Assistance System) para demostrar las funcionalidades y capacidades de los módulos. En esta tesis se muestran tres sistemas cooperativos que se han desarrollado con la tecnología DSRC que abordan diferentes problemáticas: Un sistema de aviso a peatones en entornos urbanos e interurbanos, usando comunicaciones V2V y V2P. Sistema de aviso de la presencia de ciclistas en las inmediaciones del vehículo, usando comunicaciones V2V y V2P. Aviso de motocicletas en carreteras con baja visibilidad incluyendo avisos de ángulo muerto, usando comunicaciones V2V. El sistema cooperativo basado en WSAN y los tres sistemas cooperativos basados DSRC expuestos en la presente tesis han sido probados en condiciones controladas y de tráfico real obteniéndose unos resultados óptimos. ABSTRACT In the socioeconomic development of the European Union, the cooperative intelligent transport systems (C-ITS) are targeted towards reducing accidents, improving environmental quality (energy conservation and pollution reduction), increasing efficiency of transportation, increasing the capacity of the current infrastructure and business productivity. These C-ITS are part of the 2020 plan of the European Union for Smart Cities. A previous step to getting the cooperative applications is to create VANETs (Vehicular Area Networks) and for that the inter-vehicle communications (V2V) and vehicle to infrastructure (V2I) are necessary, generically known as V2X. However, there is currently no commercially available technology or any hardware or software to support these communications in the vehicular environment, leaving the equipment available to the restricted use of automakers and electronics companies, exclusively. Therefore, the implementation of this technology is far from widespread use, especially oriented towards the field of research, in development projects of cooperative systems and even autonomous vehicles. Consequently, this thesis proposes the development of hardware and control software, that is capable of providing services to communications V2X, following European and international standards in the field. Once implemented the core system, the proper functioning of this communications technology has been validated through implementation and commissioning of four cooperative systems involving the three fundamental elements of the road: the vehicle, route and users. This thesis has been developed in collaboration with the research group Intelligent Systems for Mobility and Communication Accessible (SIMCA) belonging to Department of Artificial Intelligence of the School of Computer Engineers and the University Automobile Research Institute (INSIA) both belonging to Technical University ofMadrid. In order to achieve this, the most advanced technology available at that time has been used: Two completely different communication technologies have been applied, WSAN (Wireless Sensor and Actuator Network) and DSRC (Dedicated Short Range Communication), which follow different communication standards. At first a novel routing algorithm was developed with the WSAN technology, based on geolocation and creating a VANET type collection data tree. Once demonstrated the ability to create a sufficiently robust and reliable VANET a cooperative system has been developed for the avoidance of collisions with pedestrians. Later, with the release of the European standards for inter-vehicle communications, through the European Telecommunications Standards Institute (ETSI), the European DSRC technology (ITS-G5) has undergoes an important step forward to create a VANET with this technology, the DSRC module UPM-INSIA has been designed as part of this thesis, with the ability of perform V2X communications following European Standards to guarantee the interoperability. In order to do so, intervehicular communication standards have been analyzed and developed a software that meets the specifications to provide geocommunication. During the implementation of the standards different lacks and errors of the current delivered version have been detected which have been solved. Together with the DSRC-UPM-INSIA modules, a set of cooperative ADAS applications have also been developed to demonstrate their functionalities and capacities. In this thesis three cooperative systems have been developed with the DSRC technology that tackle different problems: Pedestrian warning system for urban and interurban roads, using V2V and V2P communications. Bike rider presence warning system using V2V and V2P communications. Motorcycle warning system for road with poor visibility, including blid spot warning, using V2V communications The cooperative system based on WSAN and three cooperative systems based DSRC presented in this thesis have been tested in controlled conditions and real traffic situations. The systems have obtained optimal results.